パススルー（パススルー）
仮想マシンにPCIeデバイスを直接割り当てる技術。Intel VT-d/AMD-ViのIOMMUを使い、RTX 4090をゲストOSで専有する等が可能で、Proxmox・Unraid・QEMU/KVMで活用される。
概要
パススルーは、仮想マシンにPCIeデバイスを直接割り当てる技術で、仮想化環境で高性能GPUを専有することが可能です。Intel VT‑d/AMD‑ViのIOMMU（Input/Output Memory Management Unit）を利用し、ホストOSとゲストOS間でデバイスのアドレス空間を分離します。これにより、RTX 4090やA100などの高性能GPUをゲストOSでフル活用でき、ゲームやAI推論、CAD・3Dレンダリングなどの負荷の高いタスクに最適です。Proxmox、Unraid、QEMU/KVM などで広く採用されています。
主な特徴・仕組み
- IOMMUによるデバイス隔離
IOMMU は PCIe バス上のデバイスと仮想マシンのメモリ領域をマッピングし、デバイスへの直接アクセスを制御します。これにより、デバイスドライバの競合や不正アクセスを防止します。 - GPU の専有
通常の仮想化では GPU を共有モードで利用しますが、パススルーではゲストOSが GPU を完全に掌握します。 - 低レイテンシ
物理デバイスに直接アクセスするため、GPU へのレイテンシが 10 µs 程度に抑えられます。 - ハードウェア要件
- CPU：Intel Core Ultra 9 285K（VT‑d 対応）
- CPU：AMD Ryzen 9 7950X（AMD‑Vi 対応）
- マザーボード：ASUS ROG Strix X670E‑E Gaming
- GPU：NVIDIA RTX 4090（24 GB GDDR6X、PCIe 5.0 x16）
- メモリ：DDR5‑6000（32 GB）
- ストレージ：Samsung 990 Pro（2 TB、PCIe 4.0 x4、1.2 TB/s 連続読み込み）
- 仮想化ソフトウェア
- Proxmox VE 7.x
- Unraid 6.x
- QEMU/KVM 6.2
スペック/製品比較表
| 製品 | CPU | IOMMU | GPU | PCIe スペック | TDP | メモリ帯域 | CUDA コア | 動作周波数 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RTX 4090 | Intel Core Ultra 9 285K | VT‑d | 24 GB GDDR6X | PCIe 5.0 x16 | 450 W | 1 TB/s | 16 384 | 1.2 GHz |
| NVIDIA A100 | AMD Ryzen 9 7950X | AMD‑Vi | 40 GB HBM2 | PCIe 4.0 x16 | 400 W | 1.6 TB/s | 6 912 | 1.3 GHz |
| RTX 3080 | Intel Core i9‑12900K | VT‑d | 10 GB GDDR6X | PCIe 4.0 x16 | 320 W | 760 GB/s | 8 704 | 1.71 GHz |
| RTX 3090 | AMD Ryzen 9 5900X | AMD‑Vi | 24 GB GDDR6X | PCIe 4.0 x16 | 350 W | 936 GB/s | 10 496 | 1.70 GHz |
| RTX 4060 Ti | Intel Core i7‑13700K | VT‑d | 8 GB GDDR6 | PCIe 4.0 x16 | 200 W | 448 GB/s | 4 352 | 1.80 GHz |
具体例・対応製品
- ゲーム開発者：Unreal Engine 5 を使用し、RTX 4090 をパススルーでレンダリング。
- AI研究者：TensorFlow 2.12 を QEMU/KVM で実行し、NVIDIA A100 をゲストに割り当て。
- 3D アーティスト：Blender 3.6 を Proxmox で動かし、RTX 3080 を専有。
- 仮想デスクトップ環境：Citrix Virtual Apps を Unraid で構築し、RTX 3090 をパススルー。
- エッジコンピューティング：Jetson AGX Xavier をパススルーで仮想化し、AI 推論を高速化。
自作PCでの選び方・注意点
- CPU の IOMMU 対応
- Intel：VT‑d（Core Ultra 9 285K、i9‑13900K）
- AMD：AMD‑Vi（Ryzen 9 7950X、Threadripper 3990X）
- マザーボードの PCIe スロット
- PCIe 5.0 x16 スロットが必要な場合は、最新の X670E などを選択。
- 電源容量
- RTX 4090 では 450 W 以上、全体で 850 W 以上を推奨。
- 冷却対策
- 高TDP GPU には液体冷却または高性能ファンを装備。
- BIOS 設定
- IOMMU を有効化し、SR-IOV を無効化。
- OS のカーネルバージョン
- Linux 5.15 以降、Windows 10 22H2 以降で安定。
- ドライバ
- NVIDIA 公式ドライバ 525.x 以降、AMD 21.20 以降。
- 仮想化ソフトウェアのバージョン
- Proxmox 7.3、Unraid 6.9、QEMU 6.2 以上。
- ネットワーク
- 10 GbE 以上のイーサネットで高速データ転送を確保。
- スケーラビリティ
- 未来の GPU（2026年リリース予定）に備え、PCIe 5.0 x16 以上を採用。
関連用語との違い
| 用語 | 定義 | 主な違い |
|---|---|---|
| GPU 共有 | 複数仮想マシンが同時に GPU を使用 | パススルーは専有 |
| SR‑IOV | 仮想関数を作成し、仮想マシンに割り当て | IOMMU で完全な隔離を実現 |
| VT‑d / AMD‑Vi | IOMMU の実装 | パススルーはこれらを前提に動作 |
| PCI Passthrough | 同義語 | パススルーは同一概念 |
よくある質問（FAQ）
Q1. パススルーは Windows でも使える？
A1. はい。Windows 10/11 22H2 以降で、Hyper‑V か Windows Subsystem for Linux で動作します。ドライバは公式 NVIDIA/AMD ドライバをインストールしてください。
Q2. 1 台の GPU を複数仮想マシンで共有したい場合は？
A2. パススルーは専有が前提です。共有したい場合は SR‑IOV や GPU 共有モードを選択してください。
Q3. 2025年にリリース予定の RTX 4095 でパススルーは可能？
A3. RTX 4095 は PCIe 5.0 x16 を採用予定で、VT‑d/AMD‑Vi 対応の CPU とマザーボードであればパススルーは実現できます。
Q4. パススルーに必要な BIOS 設定は？
A4. IOMMU を有効化し、VT‑d/AMD‑Vi をオンに。PCIe スロットのレイアウトを「PCIe 5.0」または「PCIe 4.0」に設定。
まとめ
パススルーは、仮想マシンに物理 PCIe デバイスを直接割り当てることで、ゲストOSが GPU をフルに利用できる技術です。Intel VT‑d や AMD‑Vi の IOMMU を活用し、RTX 4090 や A100 などの高性能 GPU を専有することで、ゲーム開発、AI 推論、3D アート制作などの負荷の高い作業を仮想環境でスムーズに実行できます。
最新のマザーボードと CPU を組み合わせ、十分な電源と冷却を確保すれば、2026 年に登場予定の次世代 GPU も容易に導入可能です。自作 PC でパススルーを実現するには、IOMMU 対応の CPU、PCIe 5.0 スロット、十分な電源容量、そして最新の仮想化ソフトウェアが不可欠です。
パススルーは、仮想化と高性能 GPU を組み合わせることで、従来の物理マシンに匹敵するパフォーマンスを仮想環境で実現する鍵となります。自作 PC での構築を検討する際は、上記のポイントを参考に、最適な構成を選択してください。